【培訓(xùn)課件】網(wǎng)絡(luò)工程師-第6章交換機(jī)的原理與配置

11三月2024【培訓(xùn)課件】網(wǎng)絡(luò)工程師—第6章交換機(jī)的原理與配置6.1交換機(jī)的基本概念6.1.1交換機(jī)功能6.1.2交換機(jī)的工作原理6.1.3交換機(jī)的分類6.1.4局域網(wǎng)交換機(jī)6.1.5VLAN技術(shù)6.1.6生成樹(shù)協(xié)議STP6.1.1交換機(jī)功能

交換機(jī)的主要功能包括物理編址、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、錯(cuò)誤校驗(yàn)、幀序列以及流控。它可以“學(xué)習(xí)”MAC地址，并把其存放在內(nèi)部MAC地址表中，通過(guò)在數(shù)據(jù)幀的始發(fā)者和目標(biāo)接收者之間建立臨時(shí)的交換路徑，使數(shù)據(jù)幀直接由源地址到達(dá)目的地址。

6.1.2交換機(jī)的工作原理

交換機(jī)擁有一條背部總線和內(nèi)部交換矩陣。這個(gè)背部總線的帶寬很高，交換機(jī)的所有的端口都掛接在這條背部總線上。當(dāng)收到數(shù)據(jù)包后，處理端口會(huì)查找內(nèi)存中的地址對(duì)照表以確定目的MAC地址的網(wǎng)卡連接接在哪個(gè)端口上，隨后通過(guò)內(nèi)部交換矩陣，迅速地將該數(shù)據(jù)包傳送到目的端口。若目的MAC地址不存在，則這才廣播到所有的端口，在接收到端口的回應(yīng)后，交換機(jī)會(huì)“學(xué)習(xí)”新的地址，并把它添加入其內(nèi)部的MAC地址表中。 使用交換機(jī)通過(guò)MAC地址表，只允許必要的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通過(guò)它。這樣有效地將網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行“分段”。通過(guò)交換機(jī)的這種過(guò)濾和轉(zhuǎn)發(fā)方法，有效地隔離廣播風(fēng)暴，減少了錯(cuò)誤包的出現(xiàn)。6.1.3交換機(jī)的分類 1．根據(jù)OSI參考模型的層次分類 可分為第2層交換機(jī)、3層交換機(jī)和多層交換機(jī) 2．根據(jù)交換機(jī)的構(gòu)架分類 可分為單臺(tái)交換機(jī)、堆疊交換機(jī)和模塊化交換機(jī) 3．根據(jù)交換機(jī)支持的局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)分類 分為Ethernet交換機(jī)、FDDI交換機(jī)、ATM交換機(jī)和令牌環(huán)交換機(jī)圖6-1單臺(tái)交換機(jī)圖6-2堆疊交換機(jī)圖6-3模塊化交換機(jī)6.1.4局域網(wǎng)交換機(jī) 1．功能(1)建立與維護(hù)交換表(2)建立虛連接(3)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā) 2．工作原理 例如結(jié)點(diǎn)A向結(jié)點(diǎn)B發(fā)送信息，局域網(wǎng)交換機(jī)收到A結(jié)點(diǎn)發(fā)出的數(shù)據(jù)幀后，根據(jù)幀中的目的MAC地址，查詢交換表得到目的端口號(hào)，即B結(jié)點(diǎn)地址的端口號(hào)。如果A結(jié)點(diǎn)與B結(jié)點(diǎn)處于交換機(jī)的同一個(gè)端口上，交換機(jī)得到源端口號(hào)與目的端號(hào)相同，則出于某種安全控制，將該數(shù)據(jù)幀丟棄。

如果A、B結(jié)點(diǎn)處于不同的端口且B地址在表中，則在源端口和目的端口之間建立起虛連接，形成專用的傳輸通道將該數(shù)據(jù)幀轉(zhuǎn)發(fā)到目的端口；若B地址不在表中，則交換機(jī)向A結(jié)點(diǎn)所處端口以外的其它結(jié)點(diǎn)發(fā)送消息，得到B端口的信息，則將所得到的信息添加到交換表中再連接虛連接進(jìn)行數(shù)據(jù)幀交換操作。

圖6-4局域網(wǎng)交換機(jī)6.1.5VLAN技術(shù) 1．VLAN的結(jié)構(gòu) 網(wǎng)絡(luò)上的用戶終端被劃分為多個(gè)邏輯工作組，每一個(gè)邏輯工作組即為一個(gè)VLAN。VLAN最大的特點(diǎn)是在組成邏輯網(wǎng)時(shí)無(wú)須考慮用戶或設(shè)備在網(wǎng)絡(luò)中的物理位置。 2．VLAN的技術(shù)特點(diǎn)

(1)VLAN工作在OSI參考模型的第2層數(shù)據(jù)鏈路層。 (2)每一個(gè)VLAN都是一個(gè)獨(dú)立的邏輯網(wǎng)段和廣播域，其廣播的信息只發(fā)送給該VLAN中的結(jié)點(diǎn)。 (3)每一個(gè)VLAN都是一個(gè)獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)，各自有惟一不同的子網(wǎng)號(hào)，VLAN只能通過(guò)第3層路由才能進(jìn)行通信而不能直接完成通信。 3．VLAN的實(shí)現(xiàn)方式 (1)靜態(tài)VLAN 在靜態(tài)VLAN中，由網(wǎng)絡(luò)管理員根據(jù)交換機(jī)端口進(jìn)行靜態(tài)的VALN分配，每個(gè)端口屬于一個(gè)VLAN。 (2)動(dòng)態(tài)VLAN 動(dòng)態(tài)VLAN是指以交換機(jī)上聯(lián)網(wǎng)用戶的MAC地址、邏輯地址或數(shù)據(jù)包協(xié)議等信息為基礎(chǔ)將交換機(jī)端口動(dòng)態(tài)分配給VLAN的方式。圖6-5VLAN的結(jié)構(gòu)圖6-6靜態(tài)VLAN結(jié)構(gòu)6.1.6生成樹(shù)協(xié)議ST

生成樹(shù)協(xié)議STP是一個(gè)二層的鏈路管理協(xié)議，它的功能是保證在網(wǎng)絡(luò)中沒(méi)有回路的前提下，為第二層提供冗余路徑。 STP中定義了根橋、根端口、指定端、路徑開(kāi)銷等概念，目的是通過(guò)生成樹(shù)計(jì)算達(dá)到裁剪冗余環(huán)路的目的，同時(shí)實(shí)現(xiàn)鏈路備份和路徑最優(yōu)化。用于構(gòu)造這棵樹(shù)的算法稱為生成樹(shù)算法SPA。 BPDU(BridgeProtocolDataUnit，網(wǎng)橋協(xié)議數(shù)據(jù)單元)在交換機(jī)之間傳遞的，它為STP的工作提供信息。BPDU每隔2s或是在網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓瘯r(shí)，便向所有的交換機(jī)端口發(fā)送一次，以便交換機(jī)能交換當(dāng)前最新的拓?fù)湫畔ⅲ⒀杆僮R(shí)別和檢測(cè)其中的環(huán)路。BPDU數(shù)據(jù)包有兩種類型，一種是包含配置信息的配置BPDU，另一種是包含拓?fù)渥兓畔⒌耐負(fù)渥兓ㄖ狟PDU。 圖6-8生成樹(shù)項(xiàng)目字節(jié)協(xié)議ID2版本號(hào)1報(bào)文類型1標(biāo)記域1根網(wǎng)橋ID8根路徑成本4發(fā)送網(wǎng)橋ID8端口ID2報(bào)文老化時(shí)間2最大老化時(shí)間2訪問(wèn)時(shí)間2轉(zhuǎn)發(fā)延遲2表6-1BPDU數(shù)據(jù)內(nèi)容6.2交換表6.2.1交換表的內(nèi)容6.2.2交換表的建立、保存與維護(hù)6.2.3交換表命令的顯示6.2.1交換表的內(nèi)容

交換表的內(nèi)容包括：目的MAC地址、該地址所對(duì)應(yīng)的交換機(jī)端口號(hào)以及所在的虛擬子網(wǎng)。1．一個(gè)大型交換機(jī)的交換表 VLANDestMAC/RouteDes[CoS]DestinationPortsorVCs/[ProtocolType]———————————————————————————————— 第一列是VLAN的ID號(hào)，第二列是目的MAC地址，第三列是該地址相對(duì)應(yīng)的交換機(jī)的端口號(hào)。 2．一個(gè)小型交換機(jī)的交換表DestinationAddressAddressTypeVLANDestinationPort——————————————————————————

該交換表的第一列為目的MAC地址，第二列為地址類型，第三列為VLAN的ID號(hào)，第四號(hào)為該目的MAC地址所對(duì)應(yīng)的交換機(jī)的端口號(hào)。

6.2.2交換表的建立、保存與維護(hù)

交換機(jī)在初始開(kāi)機(jī)的時(shí)候，交換表是空的，使用時(shí)，慢慢“學(xué)習(xí)”建立起它的交換表。由于高速緩存的空間是有限的。交換機(jī)每次查詢交換表時(shí)所使用到的表項(xiàng)，都蓋上一個(gè)時(shí)間戳；同時(shí)交換機(jī)每存入一個(gè)新的表項(xiàng)時(shí)，也給它蓋上一個(gè)時(shí)間戳。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間沒(méi)有被使用到的表項(xiàng)，即被刪除，以便交換表有足夠的空間來(lái)加入新的表項(xiàng)。圖6-9交換機(jī)工作示例 1．大中型交換機(jī) 在交換機(jī)的超級(jí)用戶模式下，輸入命令“showcamdynamic” 2．小型交換機(jī) 在交換機(jī)的超級(jí)用戶模式下，輸入命令“showmac-address-table” 6.2.3交換表命令的顯示6.3交換機(jī)的交換結(jié)構(gòu)6.3.1軟件執(zhí)行交換結(jié)構(gòu)6.3.2矩陣交換結(jié)構(gòu)6.3.3總線交換結(jié)構(gòu)6.3.4共享存儲(chǔ)交換結(jié)構(gòu)6.3.1軟件執(zhí)行交換結(jié)構(gòu) 交換機(jī)接收到數(shù)據(jù)幀后，先將其由串行代碼轉(zhuǎn)化為并行代碼，暫時(shí)存儲(chǔ)在交換機(jī)的快速緩存RAM中，交換機(jī)的CPU開(kāi)始根據(jù)數(shù)據(jù)幀中的目的MAC地址進(jìn)行查詢交換表。確定了目的端口后，交換機(jī)在源端口與目的端口之間建立起虛連接，然后將以并行代碼形式存儲(chǔ)在RAM中的數(shù)據(jù)幀轉(zhuǎn)化為串行代碼，發(fā)送到目的端口。

圖6-10軟件執(zhí)行結(jié)構(gòu)6.3.2矩陣交換結(jié)構(gòu)在矩陣交換結(jié)構(gòu)中，交換機(jī)確定了目的端口后，根據(jù)源端口與目的端口打開(kāi)交換矩陣中相應(yīng)的開(kāi)關(guān)，在兩個(gè)端口之間建立連接，通過(guò)建立的這個(gè)傳輸通道來(lái)完成數(shù)據(jù)幀的傳輸。它的優(yōu)點(diǎn)是交換速率快、時(shí)延小、易于實(shí)現(xiàn)；缺點(diǎn)是擴(kuò)展與可管理性較差。圖6-11矩陣交換結(jié)構(gòu)6.3.3總線交換結(jié)構(gòu)

總線交換結(jié)構(gòu)的交換機(jī)擁有一條很高帶寬的背部總線交換機(jī)的所有的端口都掛接在這條背部總線上，總線按時(shí)隙分為多條邏輯通道，各個(gè)端口都可以往該總線上發(fā)送數(shù)據(jù)幀，這些數(shù)據(jù)幀都按時(shí)隙在總線上傳輸，并從各的目的端口中輸出數(shù)據(jù)幀。圖6-12總線交換結(jié)構(gòu)

6.3.4共享存儲(chǔ)交換結(jié)構(gòu)

共享存儲(chǔ)交換結(jié)構(gòu)將共享存儲(chǔ)RAM代替了總線交換結(jié)構(gòu)中的總線，數(shù)據(jù)幀通過(guò)共享存儲(chǔ)器實(shí)現(xiàn)從源端口直接傳送到目的端口，它是總線交換結(jié)構(gòu)的改進(jìn)。圖6-13共享存儲(chǔ)交換結(jié)構(gòu)6.4交換機(jī)的交換模式6.4.1快速轉(zhuǎn)發(fā)交換模式6.4.2碎片丟棄交換模式6.4.3存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)交換模式6.4.1快速轉(zhuǎn)發(fā)交換模式 快速轉(zhuǎn)發(fā)交換模式是指交換機(jī)在接收數(shù)據(jù)幀時(shí)，一旦檢測(cè)到6個(gè)字節(jié)目的地址就立即進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)操作。由于數(shù)據(jù)幀在進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)處理僅是幀中的MAC地址部被拷貝到緩沖區(qū)，這時(shí)它并不是一個(gè)完整的幀，因此這個(gè)數(shù)據(jù)幀將無(wú)法經(jīng)過(guò)校驗(yàn)、糾錯(cuò)，即被直接轉(zhuǎn)發(fā)，即使是有錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)幀，仍然被轉(zhuǎn)發(fā)到網(wǎng)絡(luò)上。 6.4.2碎片丟棄交換模式 碎片丟棄交換模式也被稱為自由分段模式或是碎片隔離交換模式。交換機(jī)接收到數(shù)據(jù)幀時(shí)，先檢測(cè)該數(shù)據(jù)幀是不是沖突碎片，如果不是沖突碎片，也不保存整個(gè)數(shù)據(jù)幀，而是在接收了它的目的地址就直接進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)操作；如果該數(shù)據(jù)幀是沖突碎片，則直接將該幀丟棄。 沖突碎片是因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)沖突而受損的數(shù)據(jù)幀碎片，其特征是長(zhǎng)度小于64字節(jié)，它不是有效的數(shù)據(jù)幀，應(yīng)該被丟棄。 碎片丟棄交換模式過(guò)濾掉了沖突碎片，提高了網(wǎng)絡(luò)傳速的效率和帶寬的利用率。6.4.3存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)交換模式 存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)模式與前兩種轉(zhuǎn)發(fā)模式最大的不同在于：它將接收到的整個(gè)數(shù)據(jù)幀保存在緩沖區(qū)中。它把數(shù)據(jù)幀先存儲(chǔ)起來(lái)，然后進(jìn)行循環(huán)冗余碼校驗(yàn)檢查，在對(duì)錯(cuò)誤幀進(jìn)行處理后，才取出數(shù)據(jù)幀的目的地址，進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)操作。

6.5交換機(jī)的配置6.5.1配置方式6.5.2配置系統(tǒng)信息6.5.3配置端口6.5.4交換機(jī)VLAN配置6.5.5交換機(jī)STP配置6.5.1配置方式1．使用Console端口配置（1）將信號(hào)線的一端接在筆記本電腦的異步串行口（COM1或COM2）上，另一端接入交換機(jī)的Console接口，給交換機(jī)接上電源。（2）在WindowsXP/2000中，【開(kāi)始】

【所有程序】

【附件】

【通迅】

【超級(jí)終端】。（3）點(diǎn)擊【超級(jí)終端】后彈出“連接描述”窗口。在“名稱（N）:”欄下的框內(nèi)鍵入新的連接名，例如“switch”，點(diǎn)擊【確定】。

（4）彈出“連接到”窗口。在“連接使用（N）:”一欄的下拉框中選擇所連接上的端口。即由Console線所連接到筆記本電腦的異步傳輸口COM1或COM2，本次連接Console連接的是COM1口，所以選中“COM1”選項(xiàng)，點(diǎn)擊【確定】。（5）彈出“COM1屬性”窗口，如圖6-18所示。設(shè)置窗口中每一欄的端口參數(shù)?！懊棵胛粩?shù)（B）：”即傳輸速率設(shè)為9600；“數(shù)據(jù)位（D）：”為8位；“奇偶校驗(yàn)（P）：”選擇“無(wú)”；“停止位（S）：”為1位；“數(shù)據(jù)流控制（F）：”選擇“硬件”。設(shè)置完成后點(diǎn)擊【確定】。（6）在配置終端是按“回車”鍵，配置終端的屏幕上將會(huì)顯示交換機(jī)的初始化信息，交換機(jī)初始化完成以后，將出現(xiàn)普通用戶模式的提示符。圖6-14交換機(jī)與筆記本電腦的連接圖6-15進(jìn)入超級(jí)終端配置圖6-16連接描述圖6-17連接到圖6-18COM1屬性2．使用telnet命令配置

先做好以下幾點(diǎn)工作：交換機(jī)與作為模擬終端的計(jì)算機(jī)都與網(wǎng)絡(luò)連接，且能通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信。該計(jì)算機(jī)有訪問(wèn)交換機(jī)的權(quán)限。交換機(jī)已配置好設(shè)備管理地址（如IP地址、子網(wǎng)掩碼等）和控制遠(yuǎn)程登錄的密碼。（1）在WindowsXP/2000中，【開(kāi)始】

【運(yùn)行（R）...】進(jìn)入“運(yùn)行”窗口。圖6-19運(yùn)行（2）設(shè)交換機(jī)的IP地址為82，“運(yùn)行”窗口的框中輸入命令“telnet222.159.61.182”。這時(shí)屏幕中將出來(lái)交換機(jī)的信息。3．使用瀏覽器配置 確認(rèn)已經(jīng)做好以下準(zhǔn)備工作：

在用于配置的計(jì)算機(jī)中已安裝TCP/IP協(xié)議，并且在用于配置的計(jì)算機(jī)和被管理的交換機(jī)上都已經(jīng)配置好IP地址，它們可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信。用于配置的計(jì)算機(jī)中安裝有支持Java的Web瀏覽器，如InternetExplorer4.0及以上版本、Netscape4.0及以上版本等。在被管理的交換機(jī)上建立了擁有管理權(quán)限的用戶帳戶和密碼。被管理交換機(jī)支持HTTP服務(wù)，并且已經(jīng)啟用了該服務(wù)。（1）把計(jì)算機(jī)連接在交換機(jī)的端口上，在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行Web瀏覽器。在瀏覽器的地址欄中鍵入被管理的交換機(jī)的IP地址，單擊回車鍵連接交換機(jī)。（2）彈出“連接到”對(duì)話框。在“用戶名（U）：”框中輸入管理權(quán)限的用戶名，在“密碼（P）：”框中輸入管理權(quán)限的密碼，用戶名與密碼應(yīng)該已經(jīng)事先通過(guò)Console端口設(shè)置好。點(diǎn)擊【確定】。（3）在Web瀏覽器中顯示交換機(jī)的管理界面。頁(yè)面為與CiscoCatalyst1900建立連接后，顯示在Web瀏覽器中的配置界面。首先看到的是要求輸入用戶帳號(hào)和密碼，這時(shí)您就輸入在先前已設(shè)置好的交換機(jī)配置超級(jí)用戶帳號(hào)和密碼進(jìn)入系統(tǒng)。圖6-20連接到窗口圖6-21CiscoCatalyst1900在Web瀏覽器中的配置界面6.5.2配置系統(tǒng)信息 1．配置交換機(jī)的主機(jī)名 2．配置超級(jí)用戶口令 3．配置設(shè)備管理 4．遠(yuǎn)程登錄系統(tǒng) 5．系統(tǒng)時(shí)間的改變6.5.3配置端口

（1）配置端口描述信息 通過(guò)描述信息了解交換機(jī)端口的物理連接情況